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Anordnung zur. gemeinsamen Regelung parallel betriebener Umformungseinrichtungen
mit gittergesteuerten Dampf.. oder Gasentladungsstrecken, insbesondere Gleichrichtern
Es ist bei Umformungseinrichtungen mit gittergesteuerten Dampf- oder GasentladungsgefäBen,
insbesondere Gleichrichtern, bekannt, die: Regelung :der abgegebenen Spannung sowohl
willkürlich als auch selbsttätig zu bewirken. Die selbsttätige Regelung kann ein
oder mehrere Betriebsgrößen berücksichtigen. Im allgemeinen ward für :den Betrieb
eine Ü:berkompound@ierung gefordert, .d. h. mit steigendem Belastungsstrom steigt
auch :die abgegebene Spannung. Solange ein Verbrauchernetz von nur einem Unterwerk
mit mehreren Umformungseinrichtungen versorgt wird, :bestehen keine grundsätzlichen
Schwierigkeiten, obwohl auch :dann, selbst wenn für Überschreiten einer vorbestimmten
Belastung eine Gegenkompoundierung vorgesehen ist, die Aufteilung der Belastung
auf die parallel arbeitenden Umformungseinrichtungen im allgemeinen nicht beherrschibar
sein wird. Diese Schwierigdeeiten vergrößern sich, wenn es. sich um ein Verbrauchernetz
handelt, :das durch mehrere Unterwerke versorgt wird. Werden die in jedem Unterwerk
aufgestellten Umformungseinrichtungen miteinerüberkompoundregelung versehen, so
ergibt sich ein unstabiler Gesamtbetrieb, und zwar hat :dies seinen Grund,darin,
:diaß z. B. als Folge eines Regelvorganges ein Unterwerk seine Spannung erhöht und
:dadurch seinen Netzbereich vergrößert. Diese Vergrößerung wird von den benachbarten
Unterwerken als Entlastung empfunden. Infolgedessen wird die selbsttätige Regelung
die Spannung dieser Unterwerke vermindernd. h. der Netzbereich dieser Unterwerke
wird erneut verkleinert. Es ist ersichtlich, daß bei einer größeren Zahl von Unterwerken
ein ordnungsmäßiger Betrieb überhaupt nicht mehr durchführbar ist. Ein stabiler
Netzbereich ist bei selbsttätiger Regelung nur dann möglich, wenn die Netzspannung
von Leerlauf bis Vollast abnimmt, was aber mit .den üblichen netztechnischen Betriebserfordernissen
nicht in Einklang gebracht werden kann.
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Es ist bereits bei elektrischen Netzen .mit mehreren Kraftwerken bekannt,
:die einzelnen Kraftwerke gemeinsam von einer Stelle aus zu regeln, 'z. B. durch
:einen Fahrplan. Diese Möglichkeit reicht jedoch für Unterwerke"di.e Umformu@ngseinnichtungen
mit ;gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsgefäßen, insbesondere Gleichrichter,
enthalten, nicht aus, dpa :einerseits- Spannungsregelung gefordert
wird,
andererseits diese Umformungseinrichtungen nur beschränkt überlastibar sind. Die
Erfindung ermöglicht nun die Erfüllung beider Bedingungen. Erfindungsgemäß sind
wenigstens einzelne Umformungseinrichtungen mit zwei schrittschaltwerkähnlich arbeitenden
Relaisantrieben ausgerüstet, von denen der eine von der .gemeinsamen Regelstelle
ferngesteuert und der andere von einem Überstromrelais derart gesteuert wird, daß
die Umformungseinrichtung gegen Überlastung geschützt wird.
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Wie der Erfindungsgedanke Im einzelnen durchgebildet werden kann,
zeigt Abb. i der Zeichnung. Es mögen drei Gleichrichterunterwerke I, II, III auf
ein gemeinsames Gleichstromnetz arbeiten, welches mit jedem der Unterwerke durch
Speiseleitungen in Verbindung steht. Die Gleichrichter weisen jeweils einen Haupttransformator
14, 2q., 34 auf so-,vie ein mehranodiges Gleichrichtergefäß 15, -25, 35. Für das
Unterwerk III ist der Fall dargestellt, d,aß die Umformungseinrichtung in zwei auf
die gleiche Sainmelmaschine arbeitende, gleichläufig gesteuerte Einzelgleichrichter
34', 35" bzw. 34"@, 35" aufgeteilt ist. Zweckmäßig werden .die Gleichrichter mittels
phasenveränderlicher Gitterwechselspannungen gesteuert, welche von Drehreglern 13,
23, 33 geliefert werden. Die Gleichrichterstationen sind außer über die Netzleitungen
auch noch über besondere Steuerleitungen i und 2 miteinander verbunden. Die Gleichl.aufsteuerung
sämtlicher Unterwerke beruht nun darauf, daß für alle Umformungseinrichtungen schrittschaltwerkähnliche
Relaisantriebe vorgesehen sind, deren Fortschaltrelais an die aus einer Stromquelle
:I0 gespeisten Steuerleitungen i und 2 angeschlossen sind. Die Durchbildung dieser
Relaisantriebe 11, 21, 31 und 3o, die in Abb. i nicht in allen Einzelheiten dargestellt
sind, soll weiter unten an Hand der Abb. 2 erläutert werden. Sämtliche Gleichrichter
werden vom Unterwerk I gesteuert. Um sowohl selbsttätige als auch willkürliche Regelungen
durchführen zu können, ist im Unterwerk I ein Umschalter 4.1 vorgesehen. Die selbsttätige
Spannungsregelung verläuft nun in der Weise, daß das Relais :12, z. B. ein Kontaktvoltmeter,
über Zwischenrelais 43, z. B. in Verbindung mit einer Schaltwalze und einer Gitterspannun:gsquelle,
den Steuerleitungen i und 2 und damit allen Relaisantrieben Regelimpulse zuführt.
Auf diese Weise bewegen sich in allen Stationen die Relaisantriebe bei jedem Regelvorgang
um gleiche Zahnzahlen. Das bedeutet jedoch nicht, ,daß die Spannung aller Gl.eichrichterunterwerke
auf demselben Wert gehalten wird, vielmehr wird es im allgemeinen notwendig sein,
die Drehtransformatoren für die Gitterwechselspannung in den einzelnen Stationen
verschieden einzustellen, so daß beispielsweise in der Nähe von I eine Gleichspannung
von 48o Voltgehalten wird, während die Spannung in der Nähe von II einer Spannung
von nur 4.78 Volt entsprechen kann. Nachdem aber die Drehtransformatoren in diese
Stellung eingestellt sind, bewegen sie sich im Zusammenhang mit der Gleichlaufsteuerung
jeweils um gleiche Winkelgrade. Aus der Schaltung von III geht hervor, auf welche
Weise erreicht wird, daß ein Unterwerk, das im Zusammenhang mit der Gleichlaufnetzsteuerung
bis zu seiner Vollastgrenze belastet wurde, sich vor weiterer Überlastung schützt.
Dies wird durch einen Relaisantrieb 3o erreicht, der in ähnlicher Weise xvie,der
Relaisantrieb 31 durchgebildet ist.
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Die Relaisantriebe 11, 21 usw. weisen (vgl. Abb.2) zwei elektromagnetische
Relais 4. auf, deren Klinken 5 in ein Zahnrad 6 eingreifen. Der Spulenstromkreis
dieser Relais führt über sogenannte Unterbrecherkontakte 7, welche an dem Anker
der Relais 4. angebracht sind. Die Bewegung der Regelwelle wird nun dadurch erzielt,
daß der Spulenstromkreis der Relais .I geschlossen wird mit der Wirkung, daß der
Anker anzieht und durch Eingreifen in das Zahnrad 6 die Welle um eine Teildrehung
weiterbewegt. Hierdurch öffnet sich der Kontakt 7. Die Folge ist, daß der Anker
des betreffenden Relais ..l wieder in seine Ruhestellung zurückfällt, d. h. in diejenige
Stellung, in welcher der Spulenstromkreis des Relais .4 erneut geschlossen wird.
Auf diese Weise wird erreicht, daß bei Anschluß des Spulenstromkreises des Relais
.4 an irgendeine Betätigungsstromquelle der Anker dieses Relais durch Eingreifen
in das Zahnrad-6 die Welle des Drehtransformators um einen vorgegebenen Winkel in
einer bestimmten Richtung dreht. In entsprechend gleicher Weise arbeitet das andere
Relais :I, nur bewegt es das Zahnrad 6 in umgekehrter Richtung. Aus dem Schaltbild
ist zu ersehen, daß das zu bewegende Organ - nämlich der Gitterdre.htransformator
- so lange in der Linksrichtung gedreht wird, als der Spulenstromkreis des einen
Relais 4. an einer Betätigungsspannung liegt, während durch Anlegen der Spule des
anderen Relais 4. an eine entsprechende Betätigungsspannung die Welle in Rechtsdrehung
versetzt wird. Aus dieser Schilderung geht hervor, daß die Relais q. in ähnlicher
Weise wie ein Wagnerscher Haminer arbeiten.
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Für die Steuerung der Unterwerke ergibt sich z. B. folgendes bei Annahme
willkürlicher Steuerung durch Druckknopfschalter -.4. und 4.5. Durch Niederdrücken
des einen
dieser Schalter werden eine bestimmte Anzahl Steuerimpulse
den Relaisantrieben i i, 21 usw. zugeführt. Die Aufeinanderfolge dieser Steuerimpulse;
-z. B. zwei in jeder Sekunde, erfolgt mit einem :derartigen Zeitabstand, daß jeder
Relaisantrieb den vorgeschriebenen Schritt durchführen kann.
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Für das Zusammenwirken der Antriebe 31
und 30 in III
ergibt sich nun folgendes: Solange das Unterwerk III noch nicht die Vollostgrenze
erreicht hat, wird der Drehtransformator 33 in derselben Weise wie alle übrigen
Drehtransformatoren :des Netzes vermittels des fernbetätigten Relaisantriebes 31
höher und tiefer gesteuert. Wird nun aber beider Höhersteuerung der Anlage die Spannung
bzw. :die Übergabeleistung des Unterwerkes III so hoch getrieben, :daß seine Volllastgrenze
erreicht wird, so spricht ein sogenanntes Strombegrenzuu gsrelais 32 an und schließt
den Arbeitskontakt 32'; dadurch wird ein aus einer örtlichen Hi.lfsstromquelle 5o
gespeister Stromkreis über das rechte Relais des Relaisantriebes 30 geschlossen,,
der ebenfalls mit dem Drehegler 33 gekuppelt ist; dieses Relais unterbricht seinen
Stromkreis nach Art eines Wagnerschen Hammers und verstellt nun schrittweise die
Steuereinrichtung so lange im Sdnne einer Spannungserniedrigung, bis durch die erzielte
Verspätung des Entladungseinsatzes in .den Entladungsstrecken :die Überlastung des
Unterwerkes III beseitigt ist. In diesem Augenblick fällt nämlich :das überstromrielais
32 wieder ab und öffnet den Arbeitskontakt 32', ohne den Arbeitskontakt 32" zu schließen,
so dah: der Relaisantrieb 3o stillgesetzt wird. Der Drehregler 33 kann dann weder
-durch den Antrieb 3i noch .durch das linke Relais des Antriebes 30 im Sinne
einer Höhersteuerung verstellt werden, solange die Belastung knapp unterhalb der
Vollostgrenze bleibt. Erst nach Absinken der Belastung kann die Steuereinrichtung
wieder in diejenige Stellung gebracht werden, die der durch die Fernsteuerung vorgeschriebenen
Sollage entspricht.
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Im einzelnen spielen sich dabei innerhalb des Unterwerkes III Regelvorgänge
ab, die nachstehend erläutert werden sollen. Auf der Welle des Drehtransformators
33 sind die Zahnräder der Antriebe 3i und 3o befestigt. Das Getriebe des Relaisantriebes
30 unterscheidet sich von dem Getriebe des Relaisantriebes 3 i dadurch, daß
eine Kontaktbahn 307 vorgesehen ist.
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Die konstruktive Durchbildung der Zahnräder und der Kontaktbahn ist
in Abb. 3 veranschaulicht. Zum ° Relais 31 gehören die Zahnräder 3 13
und 3 14, die von den Klinken 311 find 312 .gesteuert werden. Dem Relais
30 sind die Zahnräder 303 und 304 mit den Klinken 301 und 3o2 -zugeordnet.
Solange der Relaisantrieb 30 nicht arbeitet, d. h. solange die Station unterhalb
ihrer Vollostgrenze arbeitet, wirken die Stoßstangen 311 und 3 i 2 des Relais.3
i in normaler Weise auf die Zahnräder 313 und 3i4 ein. Tritt eine Überlastung auf,
dann wird durch ,das Relais 32 das Tiefersteuerrelais des Relaisantriebes
30 in Betrieb gesetzt, welches mit Hilfe seiner Stoßstange 3o2 den Drehtransformator
im Sinne einer Verminderung der Spannung und damit der Belastung des Unterwerkes
bewegt.
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Durch .diese, und zwar allein durch ,diese Bewegung wird auch der
Schleifkontakt 3o6 durch das auf der Welle beweglich angeordnete Zahnrad
305 mitgenommen, dessen rechter Zahnkranz ebenfalls in Eingriff mit der Stoßklinke
3o2 steht; somit bewegt sich dieser Zeigerkontakt 3o6 um eine Zahnzahl nach links,
wie die Stoßstange 3o2 Impulse an die Drehtransformatorwelle abgibt. Der von dem
Schleifkontakt 3o6 zurückgelegte Weg ist also ein Maß für die Anzahl von Zähnen
bzw. Impulsschritten, um welche die jeweilige Stellung des Drehtransformators 33
gegenüber derjenigen der Drehtransformatoren in :den übrigen Stationen bzw. gegenüber
der von der Fernsteuerstell.e vorgeschriebenen Sollstellung abweicht. Die Bewegung
der Stoßstange 302 und damit des Kontaktes 3o6 nach links erfolgen so lange, bis
die Überlastung von III beseitigt ist, d. h. bis das Stromrelais 32 seinen- Kontakt
32" wieder öffnet. Hierauf bleibt der Kontakt 3o6 in der inzwischen erreichten Stellung
stehen. Sobald eine Entlastung der Gleichrichterstationen eintritt, schließt bei
Unterschreitung eines bestimmten Minimalwertes der Kontakt 32" des Stromrelais 32
und betätigt das Höhersteuerrelais des Relaisantriebes 30.
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Wie aus Abb. i hervorgeht, ist der Spulenstromkreis dieses Relais
über den bereits erwähnten Schleifkontakt 3o6 geführt. Dies hat zur Folge, daß die
Höhersteuerung durch die Stoßstange 301 des Relaisantriebes 31, die auch .den linken
Zahnkranz ,des Zahnrades 305
weiterüchaltet, nur so lange erfolgt, bis der
Kontakt 3:o6 die Kontaktschienen 307 wieder verläßt, d. h. bis sich d:e Drehtransform@atorwelle
um eine ebenso große Zahnzahl nach rechts bewegt hat, wie sie vorher gelegentlich
des Arbeitens der Lastbegrenzungseinrichtung durch den Antrieb nach links gesteuert
wurde. Nach Zurücklegung einer Drehung um diese Zahnzahl öffnet der Kontakt 3o6
den Stromkreis des Tiefersteuerrelais des Antriebes 30- und setzt diesen still;
der Drehtransformator 33 befindet sich wieder in einer mit der Fernsteuerung übereinstimmenden
Stellung
und wird von dieser allein weitergesteuert. Ein Schnitt durch die Anordnung gemäß
Abb. 3 ist in Abb. q. dargestellt.
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Aus der beschriebenen Wirkungsweise geht hervor, daß, obwohl der Antrieb
31 immer dafür sorgen will, daß der Drehtransformator 33 in die gleiche Stellung
wie die übrigen Drehtransformatoren des Netzes gesteuert wird, doch bei Einsetzen
von Überlastungen durch den Antrieb 3o eine Überlastung von III verhindert wird.
Der Antrieb 3o wird somit durch ein bei kurzzeitigen Überlastungen wirksames überstromrelais
32 gesteuert. Die sehr kurz dauernden Überlastungen sind keine Gefährdung für die
Umformungseinrichtungen. Selbstverständlich muß man dafür Sorge tragen, daß beide
Relaisantriebe nicht gleichzeitig wirksam sein können. Man wird also eine Verriegelung
derart durchführen, daß bei gleichzeitiger Impulsgebung auf beide Relaisantriebe
stets nur die über die Steuerleitungen i und 2 ankommenden Steuerimpulse wirksam
sind. Zweckmäßig wird man hierfür ein von den Steuerleitungen i und 2 gesteuertes
Relais vorsehen, das das Arbeiten des Relaisantriebes 30 für die Zeit der
Impulse in den Steuerleitungen i und 2 nicht gestattet. Bei ausreichender Empfindlichkeit
dieses nicht dargestellten Relais ist es möglich, daß abwechselnd die Antriebe 31
und 30 je einen Schritt in entgegengesetzten Richtungen steuern.
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Beim Ausbleiben der Speisespannung, also bei Gleichrichtern der Wechselspannung,
muß das spannungslos gewordene Verbrauchernetz nach Behebung der Störung wieder
angefahren werden. Zu diesem Zwecke kann die oben erläuterte Gleichlaufnetzsteuerung
verwendet werden, indem zunächst bei Ausbleiben der primären Wechselspannung von
Hand oder selbsttätig von der Fernsteuerstelle die Relaisantriebe derart betätigt
werden, daß die Gitter an Sperrpotential gelegt werden. Kommt nun die Wechselspannung
wieder, dann kann das Netz mit allen Gleichrichterstationen gleichzeitig dadurch
angefahren werden, daß in der Steuerstelle I von Hand oder selbsttätig entsprechende
Steuerimpulse über die Steuerleitungen i und 2 gegeben werden und die Gleichrichteistationen
gleichmäßig auf die volle Betriebsspannung gesteuert werden. Der Vorzug dieses Anlaßvorganfies
besteht indem gleichzeitigen Hochfahren aller Umformungseinrichtungen. Falls bei
diesem Anfahrvorgang das eine oder andere Unterwerk überlastet wird, tritt die selbsttätige
Strombegrenzungseinrichtung w:e in III in derselben Weise, wie oben geschildert
wurde, in Tätigkeit. Nach Beendigung des Anlaßvorganges wird das Netz wieder betriebsmäßig-
gesteuert. Falls außer den ruhenden Umformern noch rotierende Maschinen zur Speisung
des Gleichstromnetzes benutzt werden, wird vorzugsweise der Aufstellungsort der
rotierenden Maschinen als Fernsteuerstelle für die ruhenden Umformer des ganzen
Netzes ausgewählt. Es ist noch hinzuzufügen, daß der geschilderte Netzanfahrgang
mit Hilfe der Gleichlauf-, netzsteuerung auch z. B. bei Dreileiternetzen anwendbar
ist. Sind in den einzelnen Gleichrichterstationen Ausgleichsaggregate vorhanden,
dann wird man die selbsttätige Einrichtung dieser Ausgleichsaggregate so wählen,
daß diese Maschinensätze im ersten Augenblick des Netzhochfahrens noch nicht in
Betrieb gesetzt werden, sondern erst anlaufen, wenn die gesamte Netzspannung etwa
4.o bis 5o°/, des Nennwertes erreicht hat. Im Anschluß hieran erfolgt dann die Fortsetzung
des Anlaufvorganges in der gleichen Weise, als ob Ausgleichsaggregate nicht vorhanden
wären. Schließlich ist es auch möglich, das Zu- und Abschalten einzelner Unterwerke
bzw. Umformungseinrichtungen mittels desselben Relaisantriebes zu steuern. Dies
kann man in ähnlicher Weise wie bei der sog. Druckwellensteuerung von ferngesteuerten
Gasbeleuchtungsnetzen durchführen. Man bringt nämlich auf den Antriebswellen der
Relaisantriebe i i, 2i usw. Kontakte an, die bei einer bestimmten Stellung des Drehreglers
33 im Unterwerk III die dort aufgestellten Umformungseinrichtungen selbsttätig in
Betrieb setzt. Es ist dabei vorausgesetzt, daß auch bei außer Betrieb befindlicher
Station III die Gleichlaufnetzregelung von III in Betrieb ist. Solange die Belastung
des Gleichstromnetzes einen bestimmten niedrigen Wert aufweist, soll das Gleichstromnetz
von I und II allein gespeist werden. Erst wenn die Netzlast stark ansteigt, soll
das Unterwerk III selbsttätig mittels einer Spannungswelle in Betrieb genommen werden.
Im Zusammenhang mit den bereits erwähnten Kontakten auf der Drehtransfortnatorwelle
spielt sich dieser Vorgang in der folgenden Weise ab: Solange die Belastung von
I und II niedrig ist, befinden sich sämtliche Regeleinrichtungen, einschließlich
der von HI, in einer niedrigen Regelstellung. Steigt die Belastung an, dann werden
alle Regeleinrichtungen höher gesteuert, weil bei starker Belastung die Sammelmaschinenspannung
von I und 1I abfällt. Aus diesem Grunde entspricht einer größeren Netzbelastung
auch eine höhere Stellung der Regelanordnungen der Unterwerke I, II und III. Es
ist nun möglich, auf der Drehtransformator«elle des Drehtransformators
13 einen Kontakt so anzubringen, daß III dann in Betrieb genommen w_rd, wenn
infolge der Vergrößerung
der Netzbelastung eine Inbetriebsetzung
von III erwünscht ist. Falls willkürlich die Station III in Betrieb genommen werden
soll, so ist es nötig, vorübergehend, beispielsweise für i bis 2 Sekunden, sämtliche
Drehtransformatoren in eine gegenüber dem Normalwert erhöhte Stellung einzuregeln,
mit der Wirkung, daß der Kontakt auf der Welle des Drehtransformators 33 schließt
und III in Betrieb setzt. Hierauf kann die gesamte Regeleinrichtung. wieder in ihre
Normalstellung zurückgesteuert werden. Vorübergehend, d. h. während i bis 2 Sekunden,
ist die gesamte Verbraucherspannung gegenüber der Normalspannung erhöht, aber diese
Zeit kann so kurz gehalten werden, ,daß, ähnlich wie bei der Gasfernsteuerung, keine
-Schädigung einzelner Verbraucher, z. B. Beleuchtungsanlagen, eintritt. Die Außerbetriebsetzung
erfolgt in ähnlicher Weise oder kann bei Unterschreiten eines vorgegebenen Belastungsstromes
bewirkt werden.